АГРОХИМИЯ, 2010, № 10, с. 32-37
Агроэкология
УДК 57.085:632.122.1:546.56
реакция изолированных органов растений на загрязнение среды медью
© 2010 г. З.м. Алиева, А.г. юсуфов
Дагестанский государственный университет 367000 Махачкала, ул. М. Гаджиева, 43а, Россия E-mail: zalieva@mail.ru
Поступила в редакцию 25.03.2010 г.
Оценена возможность использования изолированных органов растений при биотестировании загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами на примере CuSO4 повышенное содержание которых в среде оказывает отрицательное влияние на живые организмы.
Ключевые слова: загрязнение среды, медь, изолированные органы растений, регенерация, биотестирование.
ВВЕДЕНИЕ
Разработка методов фитотестирования экологического состояния окружающей среды остается актуальной задачей, что частично нашло отражение в существующих стандартах [1] и различных методах лабораторного биотестирования [2].
Порог чувствительности к загрязняющим веществам, оцениваемый по уровню снижения биометрических показателей разных объектов, часто не совпадает [3]. Поэтому определение таких показателей для каждого объекта и типа загрязнения всегда нуждается в конкретизации. В биотестировании наиболее широко используются такие показатели, как всхожесть семян, энергия прорастания, изменение линейных размеров и величины биомассы проростков в загрязненной среде по сравнению с фоновым контролем [1-4]. Однако концентрации токсикантов, достоверно ингибирующие эти показатели, во многих случаях очень высоки и значительно превышают предельно допустимые санитарными нормами (ПДК) [3]. В то же время именно сопоставимость ингибирующих концентраций токсикантов с ПДК является определяющим моментом для оценки эффективности биотестов. На взгляд авторов, перспективную в этом отношении модель представляют изолированные органы и ткани растений. Сохраняя многие свойства, присущие целым растениям, они отличаются высокой чувствительностью к неблагоприятным условиям [5, 6].
Среди показателей, отражающих жизнеспособность изолированных структур растений в стрессовых условиях, следует выделить процессы ризогене-за. Процессы регенерации изолированных органов
растений отличаются большей чувствительностью к действию стрессорных факторов, чем реакция семян и целых растений. Этот показатель удовлетворяет и другому важному требованию, предъявляемому к биотестам - высокой воспроизводимости. С этим связано использование изолированных органов в физиологии: в частности, укоренение черенков используют в качестве чувствительного биотеста на фитогормоны [7]. Тем не менее, процессы регенерации недостаточно привлекают внимание экологов, даже при том, что культуры тканей in vitro используются при проведении селекции и экспресс-диагностики устойчивости растений [8-13]. Работы, посвященные использованию показателей регенерации изолированных органов в качестве биотестов при оценке состояния среды, пока единичны. В частности, на примере животных показано, что регенерация планарий может быть рассмотрена как биотест при оценке загрязнения водоемов [14]. Для оценки экологического состояния среды используют аномалии в развитии органов в условиях стресса [2-4].
Цель работы - изучение возможности использования показателей активности регенерации черенков различных видов растений для оценки загрязнения воды тяжелыми металлами на примере ионов меди.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования служили растения подсолнечника (Helianthus annuus L., сорт ВНИИМК 8883), редиса (Rhaphanus sativus L., сорт РБК),
фасоли (Phaseolus vulgaris L., сорт Сакс) и ячменя (Avena sativa L., сорт Дагестанский золотистый).
При выборе объектов авторы руководствовались рекомендациями международных стандартов по биотестированию, в которых подчеркивается необходимость проведения опытов на видах растений классов двудольных и однодольных (редис и ячмень) [13], а также сведениями о высокой регенера-ционной активности изолированных структур, характерной для фасоли, подсолнечника и редиса [5]. В опытах по изучению влияния медного купороса на прорастание семян и рост проростков использовали классические тест-объекты - ячмень и редис. Опыты по оценке его влияния на укоренение черенков проводили только на двудольных растениях (редисе, подсолнечнике, фасоли), характеризующихся, в отличие от однодольных, высокой регенерацион-ной активностью.
В качестве стрессора использована соль тяжелого металла - меди (CuSO4 • 5H2O), загрязнение среды которым постоянно нарастает. Медный купорос широко применяется не только в производстве, но и в сельском хозяйстве (в качестве фунгицида, при защите растений от различных болезней, дезинфекции ран) и воздействует в первую очередь на культурные растения. В водных растворах медного купороса культивировали семена, проростки и черенки. В опытах использованы водные культуры как методически более удобные для наблюдения за корнеобразованием и перспективные для оценки токсичности водной среды, поэтому концентрации растворов CuSO4 пересчитывали к величине ПДК меди в питьевой воде (1 мг/л)[4].
Для получения черенков семена подсолнечника, фасоли и редиса проращивали в чашках Петри на смоченной дистиллированной водой фильтрованной бумаге. У 14-суточных растений отделяли листовые и стеблевые черенки, у 7-суточных - ги-покотильные. Для получения листовых черенков срезали листья у основания черешков без пазушной почки. Стеблевые черенки срезали под семядолями и в опыт брали либо с сохранением, либо с удалением (далее - "отрезки стебля") точек роста и листьев. Гипокотильные черенки срезали на расстоянии 1-2 см над корневой системой и в опыт брали с сохранением или удалением (далее - "отрезки гипокотиля") точек роста и семядолей. Черенки различались уровнем организации от простого к сложному: отрезок гипокотиля-семядоля-листо-вой черенок-гипокотильный черенок-стеблевой черенок.
Культивирование черенков вели в широком диапазоне концентраций медного купороса (0.001100 мМ) и воде (контроль) в пенициллиновых ста-
канчиках с 10 мл раствора (по 2 черенка в каждом стаканчике). При оценке влияния на прорастание семян и жизнеспособность интактных проростков семена проращивали в чашках Петри с водой (контроль) и растворами медного купороса (опыт) в течение 8 сут. Культивирование сравниваемых вариантов проводили в сходных условиях (25°С, естественное освещение).
Степень воздействия растворов меди разных концентраций оценивали по всхожести семян, выживаемости и приросту проростков, выживаемости и активности процессов регенерации черенков. При оценке выживаемости учитывали количество живых объектов (% от общего числа) в разные сроки учета. Активность процессов регенерации оценивали по мощности и срокам развития каллуса или корней и общему количеству черенков, сформировавших каллус или корни (% от общего числа черенков в варианте). Чувствительность черенков определяли также по пороговым и летальным концентрациям CuSO4. Для оценки прироста черенков рассчитывали величину средних размеров коле-оптиля и самого длинного корня ячменя, а также главного корня и длины семядолей редиса в опытных вариантах (% от величины соответствующего показателя в контроле).
В таблицах приведены средние арифметические из 3-х независимых опытов, каждый из которых проведен в двадцатикратной биологической пов-торности, и их стандартные ошибки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенное исследование выявило различия в чувствительности отдельных органов и различных по структуре черенков растений к загрязнению Си, оцениваемым по их выживаемости, росту и активности регенерационных процессов.
Оценка реакции черенков фасоли, подсолнечника и редиса на действие медного купороса показала, что степень снижения их выживаемости и укореня-емости зависела как от концентрации соли, так и от типа черенка (табл. 1). Высокую чувствительность к медному купоросу приявили стеблевые черенки. В растворе 0.02 мМ (что составило в пересчете на медь 1.28 ПДК) выживаемость листовых черенков всех объектов снижалась по сравнению с контролем почти в 2 раза. Подобное наблюдали и в опытах со стеблевыми черенками, хотя они проявили несколько большую устойчивость, и резкое снижение выживаемости происходило у них при большей концентрации соли. У фасоли в варианте с концентрацией 0.02 мМ выжило 50% листовых и 80% стеблевых черенков. У подсолнечника 40-50%-ное
таблица 1. Влияние С^04 на выживаемость и регенерационную активность изолированных листьев, стеблевых черенков, отрезков стеблей, гипокотильных черенков с семядолями и без семядолей
С^04 ПДК (мМ Си+) Выживаемо сть Укореняемо сть
мМ мг/л %
1 2 3 1 2 3
Изолированные листья
0 0 0 80±10 80*±10 90*±5 80±5 70±5 85±3
0.005 1.25 0.32 90±10 65±5 70±5 50±6 35±5 35±5
0.01 2.5 0.64 90±5 50±2 50±10 25±10 30±3 30±5
0.02 5.0 1.28 80±5 45±3 40±10 20±10 25±7 22±7
0.03 7.5 1.92 60±5 40±5 48±5 15±4 20±5 20±10
0.04 10.0 2.56 10±5 40±5 35±7 10±5 15±10 10±6
0.05 12.5 3.20 0 30±5 20±5 0 10±5 0
0.10 25.0 6.40 0 0 0 0 0 0
Отрезки стеблей
0 0 0 50±10 10±5 - 50±10 10±5
0.005 1.25 0.32 40±5 5±2 - 40±15 0
0.01 2.50 0.64 20±5 0 - 20±5 0
0.05 12.50 3.20 0 0 - 0 0
Гипокотильные черенки с семядолями
Гипокотильные черенки без семядолей
Стеблевые черенки
0 0 0 100±0 100±0 - 100±0 100±0 -
0.005 1.25 0.32 100±0 100±0 - 50±13 60±10 -
0.01 2.50 0.64 90±10 90±10 - 10±5 15±5 -
0.02 5.00 1.28 50±15 50±15 - 0 0 -
0.04 10.00 2.56 0 0 - 0 0 -
0.05 12.50 3.20 0 0 - 0 0 -
0 0 0 100±0 100±0 100±0 100±0 100±0 100±0
0.005 1.25 0.32 100±0 95±5 100±0 100±0 80±11 100±0
0.01 2.50 0.64 100±0 65±6 60±10 98±2 69±5 90±10
0.05 12.50 3.20 95±5 45±9 30±10 90±5 45±5 70±15
0.1 25.00 6.40 50±10 25±5 0 10±5 15±10 42±15
1.0 250.0 64.0 10±3 5±2 0 0 0 0
0 0 0 100±0 75±10 80±11 50±10 70±13 70±9
0.005 1.25 0.32 100±0 60±13 50±10 25±5 15±6 25±5
0.01 2.5 0.64 60±5 45±7 10±5 0 8±5 5±2
0.05 12.5 3.2 40±5 35±10 0 0 0 0
Примечания. 1. В графе 1 - фасоль, 2 - подсолнечник, 3 - редис. 2. Прочерк - наблюдения не проводили в связи с морфофизиологическими особенностями модели.
* У подсолнечника и редиса в качестве модели изолированны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.